Wiley人物访谈—北京理工大学陈人杰教授

本周Wiley人物访谈我们对话的是北京理工大学陈人杰教授。访谈中陈老师谈到了包括高比能电池、大规模储能、新能源汽车等目前面临的主要问题及未来发展趋势。陈老师认为在新能源领域,实现创新成果的工程化开发和产业化应用具有重要的科学意义和价值,而实现这一目标需要将基础原理创新和工程技术开发紧密结合。作为导师,陈老师认为优秀的学生应该具有积极乐观的心态、勇于求索的精神、高效坚持的行动和开阔创新的视野。

人物简介:

陈人杰,北京理工大学 教授,博士生导师。现担任国家部委专业组委员,中国材料研究学会理事(能源转换及存储材料分会秘书长)、中国硅酸盐学会固态离子学分会理事、国际电化学能源科学院(IAOEES)理事、中国化工学会化工新材料专业委员会委员、中国电池工业协会全国电池行业专家、北京电动车辆协同创新中心研究员,《储能与动力电池技术及应用》丛书编委、《中国材料进展》青年编委、中国科学技术出版社有限公司科技/科普专家等。主要从事新型二次电池及关键能源材料的研究,面向高能量密度电池新体系的构筑、电池安全性能的改善、功能器件的设计开发开展相关教学和科研工作。作为负责人,承担了国家自然科学基金委项目、科技部重点研发计划项目、科技部863计划项目、科技部国际科技合作项目、中央在京高校重大成果转化项目、北京市重大科技项目等课题。在Chemical ReviewsChemical Society ReviewsNational Science ReviewsAdvanced MaterialsNature CommunicationsAngewandte Chemie-International EditionAdvanced Functional MaterialsEnergy Storage MaterialsScience Bulletin等期刊发表SCI论文200余篇;申请发明专利96项,获授权42项;开发出电池材料基因组数据平台,获批软件著作权10项;出版学术专著2部(《先进电池功能电解质材料》科学出版社2020年出版;《多电子高比能锂硫二次电池》科学出版社2020年出版)。获得国家技术发明二等奖1项、部级科学技术一等奖4项。入选教育部长江学者特聘教授、北京高等学校卓越青年科学家、中国工程前沿杰出青年学者、英国皇家化学学会会士、科睿唯安2020“全球高被引科学家”。

MVC:能否请您先简单介绍一下您课题组的科研工作?

CRJ我们课题组一直致力于多电子高比能二次电池新体系及关键材料的研究,重点在以下几个方面开展工作:(1)“多电子高比能新型二次电池及关键材料”:基于多电子反应机制和不同反应体系下的作用原理,开展新型电池材料的设计研发,针对锂硫电池、金属空气电池、钠/钾/锌离子电池等新型电池体系开展系统研究及应用开发,并实现多规格锂二次电池的工程化设计制备,提升电池的能量密度;(2)“离子液体及新型功能复合电解质材料“:开展从液态、凝胶到复合固态的新型功能电解质材料的研究开发,增强电池安全可靠性、拓宽电池特异环境适应性;(3)”特种功能电源及异构纳米材料“,设计集成磁控溅射、热蒸镀等技术手段,突破异构纳米尺度设计、一体加工制备等关键科学问题,研制薄膜、异构纳米等材料,构筑特种功能电源;(4)电池绿色设计及资源化再生“,研究制备绿色友好的新型能源材料,开展电池失效机制分析及材料资源化再生研究,实现电池全生命周期绿色设计与应用。

MVC: 最初是什么把您吸引到科学领域的呢?有哪些有趣的故事可以和大家分享一下。

CRJ: 是我的导师吴锋院士的人格魅力吸引我进入新能源材料科学研究领域,还清晰地记着吴老师给我们上课讲解新能源的发展趋势,为我们描绘未来发展科技前沿;记着吴老师彻夜撰写研究报告,一字一句反复斟酌;记着非典时期吴老师给我们学生送药和水果。科学研究创新工作,是打开未知世界的钥匙,需要执着的投入,也需要扎实的积累和传承。

MVC: 请您介绍一下目前高比能长航时电池面临的主要问题和可能的解决方案。

CRJ高比能长航时电池是面向新能源交通、高端信息通讯等领域发展的重要支撑,其中以高比能锂离子电池、锂金属二次电池等体系为代表,通过不同电极材料的创新与应用,电池的能量密度从300Wh/kg到500Wh/kg、600Wh/kg得到不断提升,但面向实际应用,还面临活性物质利用率低、循环寿命差等主要问题。以锂硫电池为例,需要研制高载硫高导电多维稳定复合电极、轻质功能修饰隔膜/吸附夹层等材料解决上述技术瓶颈;同时为兼顾电池循环过程中的安全性和稳定性,还需要开发新型功能复合电解质并构筑高稳定的锂金属负极,实现各材料良好的电化学兼容性以保证电池的工程化设计制备与应用。

MVC:您对储能器件和新能源汽车的未来发展有何展望?

CRJ人类社会目前在向清洁能源时代迈进,大规模储能、新能源汽车是未来清洁能源应用发展的重要方向。近年来,随着电池性能的不断提升,也极大地促进了这些新兴产业的快速发展,特别是新能源汽车产业爆发式的增长同样也带动了动力电池市场的繁荣。作为新兴产业,技术变革创新是关键,动力电池作为核心组成目前存在低端产能过剩、高端产能不足、创新能力迟滞等不足,一定程度也制约了相关行业的健康发展。在未来发展中,要持续不断提升电池的整体性能和品质,并从材料、器件、模组到应用等全生命周期过程实现电池的绿色设计与资源化再生,增强绿色度和性价比以实现大规模储能和新能源汽车应用的可持续发展。

MVC:您认为科研最终的目的是产业化嘛?您认为目前国内技术转化的条件怎么样?

CRJ在新能源研究领域,我认为实现创新成果的工程化开发和产业化应用具有重要的科学意义和价值,实现这一目的需要基础原理创新和工程技术开发的紧密结合,每一次的产业革命都是建立在重大原理突破的基础上

当前,国内对于科技创新非常重视,全面加强基础科学研究,同时强调推动科技创新和经济社会发展的深度融合,从体制、政策、平台、人才等多方面给予了新的支持,技术转化的条件在不断完善。具体到新能源领域的研究工作,也更多地从明晰内在机理和满足实际应用两个角度系统开展,以实现创新科研的“顶天立地”。近期,我们课题组开发了电池材料基因组数据平台,其中包括多种电极、电解质等材料的基本物性和作用机制,同时也实时采集电池及材料工程制备过程中的相关参数和指标,通过关联分析实现对基础创新和工程开发的双向指导,为创新链和产业链的紧密结合奠定基础。

MVC: 在英国剑桥大学进行访问时,您遇到了哪些对您产生重大影响的人和事?您认为剑桥大学有哪些值得我们学习借鉴的地方?

CRJ“我好像是在海滨上玩耍的孩子,时而拾到几块莹洁的石子,时而拾到几片美丽的贝壳并为之欢欣。那浩瀚的真理的海洋仍展现在面前。思索,继续不断的思索,以待天曙,渐近乃见光明。——牛顿”。站在剑桥大学圣三一学院的牛顿像前,人类历史上伟大物理学家的话语给我留下了深深的印象:“人的一生就是不断探究真理的过程,创新求知、坚持前行。”

在剑桥大学,处处可以感受到这座800年历史校园的魅力,从达尔文的物种起源到Eagle酒吧的双螺旋结构,从徐志摩的再别康桥到国王街头的Time Eater Clock…时光荏苒,现在正是我们科研工作者用实际行动回答“李约瑟难题”的时刻…

MVC:作为导师,您对于本科生、研究生、博士生分别有怎么样的培养模式?您认为学生在不同的阶段应该分别注重哪些能力的培养?

CRJ在学生教育方面,我认为“先立德再树人”的理念至关重要。本科生教育是青年成才的关键阶段,以启发式教学为主,注重专业基础知识的夯实和创新思维模式的培育;研究生教育是科研素养的建立阶段,以理论实践相结合教学为主,注重严谨求实的研究方法和系统分析的科研思路的培养;博士生教育是科研精神的培养阶段,以人本主义教育方式为主,注重严谨求实、潜心钻研的科研态度和独立思考、解决问题的科研能力的培养。

MVC: 您认为优秀的学生应该具备哪些素质?您对有志从事科研工作的青年人有什么建议?

CRJ优秀学生所具备的素质:积极乐观的心态、勇于求索的精神、高效坚持的行动、开阔创新的视野。有志从事科研工作的青年人一方面要热衷于确立的研究方向,“你若要喜爱你自己的价值,你就得给世界创造价值”,始终保持开放、乐观的创新思路;另一方面要坚持严谨认真的科学态度和持之以恒的工作方法,“不积跬步,无以至千里”,辛勤耕耘、踏实前行。

MVC: 您能否用简单的几个英文单词形容下拥有快乐的实验室生活的关键

(key to a happy lab life)

CRJ:Responsibility,Proactive,Cooperation